DE102021215068A1 - Compensating device and method for compensating for a focus shift of an optical system and method for manufacturing a compensating device - Google Patents

Compensating device and method for compensating for a focus shift of an optical system and method for manufacturing a compensating device Download PDF

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Abstract

Der hier vorgestellte Ansatz betrifft eine Kompensationsvorrichtung (100) zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems. Die Kompensationsvorrichtung (100) weist das optische System (300) und ein optisches Kompensationselement (110) auf. Das optische System (300) weist ein optisches Element (115), insbesondere ein Objektiv, und einen Bildsensor (120) auf, die in einem gemeinsamen Strahlengang (125), der auf einen Fokuspunkt (127) fokussiert ist, angeordnet sind. Das optische Kompensationselement (110) ist in dem Strahlengang (125) angeordnet und ausgebildet, um ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter eine optische Wirkung zu verändern, um den Fokuspunkt (127) zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung zu bewirken.

Figure DE102021215068A1_0000
The approach presented here relates to a compensation device (100) for compensating for a focus shift in an optical system. The compensation device (100) has the optical system (300) and an optical compensation element (110). The optical system (300) has an optical element (115), in particular a lens, and an image sensor (120), which are arranged in a common beam path (125) that is focused on a focal point (127). The optical compensation element (110) is arranged in the beam path (125) and designed to change an optical effect in response to at least one environmental parameter in order to shift the focal point (127) in order to compensate for the shift in focus.
Figure DE102021215068A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Der Ansatz geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand des vorliegenden Ansatzes ist auch ein Computerprogramm.The approach is based on a device or a method according to the species of the independent claims. The subject of the present approach is also a computer program.

Die DE 10 2008 027 721 A1 offenbart einen Ansatz, eine mechanische Haltestruktur für eine Linse mit einem sich temperaturabhängig ausdehnenden Werkstoff zu fertigen und hierdurch eine Kompensation von einer temperaturabhängigen Änderung des Brechungsindex einer Linse des optischen Systems zu erreichen.The DE 10 2008 027 721 A1 discloses an approach to producing a mechanical holding structure for a lens with a material that expands as a function of temperature and thereby to achieve compensation for a temperature-dependent change in the refractive index of a lens of the optical system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Kompensationsvorrichtung zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems, weiterhin ein Verfahren zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems, ein Verfahren zum Herstellen einer Kompensationsvorrichtung, ferner eine Vorrichtung, die eines der Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, with the approach presented here, a compensation device for compensating for a focus shift of an optical system, a method for compensating for a focus shift of an optical system, a method for producing a compensation device, also a device that uses one of the methods, and finally a corresponding computer program presented according to the main claims. Advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim are possible as a result of the measures listed in the dependent claims.

Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass unter Verwendung eines einzigen zusätzlichen Kompensationselements in einem optischen System eine beispielsweise temperaturbedingte oder feuchtebedingte Fokusverschiebung in dem optischen System schnell und einfach kompensiert werden kann, um den Fokuspunkt in der Nähe des Bildsensors des optischen Systems zu halten.The advantages that can be achieved with the approach presented are that using a single additional compensation element in an optical system, a focus shift in the optical system caused by temperature or moisture, for example, can be compensated for quickly and easily in order to close the focal point near the image sensor of the optical system hold.

Es wird eine Kompensationsvorrichtung zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems vorgestellt. Die Kompensationsvorrichtung weist das optische System und ein optisches Kompensationselement auf. Das optische System weist ein optisches Element, insbesondere ein Objektiv, Kompensationselement und/oder einen Bildsensor auf, die in einem gemeinsamen Strahlengang, der auf einen Fokuspunkt fokussiert ist, angeordnet sind. Bei dem optischen Element kann es sich um ein Objektiv oder ein anderes Element handeln, das beispielsweise auch einen oder mehrere Spiegel aufweist. Das optische Kompensationselement ist in dem Strahlengang angeordnet und ausgebildet, um ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter eine optische Wirkung zu verändern, um den Fokuspunkt zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken.A compensation device for compensating for a focus shift of an optical system is presented. The compensation device has the optical system and an optical compensation element. The optical system has an optical element, in particular a lens, a compensation element and/or an image sensor, which are arranged in a common beam path that is focused on a focal point. The optical element can be a lens or another element that also has one or more mirrors, for example. The optical compensation element is arranged in the beam path and is designed to change an optical effect in response to at least one environmental parameter, in order to shift the focal point in order to compensate for the shift in focus of the optical system.

Bei dem optischen System kann es sich um eine Kamera handeln, die beispielsweise zur Verwendung in einem Fahrzeug, als sogenannte „Automotive-Kamera“, einsetzbar ist. Die Fokusverschiebung/Defokussierung des optischen Systems kann beispielsweise temperaturbedingt oder feuchteinduziert erfolgen und dazu führen, dass der Fokuspunkt in einem Bereich zu weit weg vom Bildsensor der Kamera angeordnet ist. Dies kann beispielsweise passieren, indem sich temperaturbedingt oder feuchteinduziert Komponenten wie das dem optischen Element oder dem Objektiv oder eine Objektivhalterung, eines Linsenabstandshalters oder eines Linsenelementes und/oder der Bildsensor oder eine Bildsensorhalterung des optischen Systems physisch ausdehnen bzw. zusammenziehen und den Fokus des optischen Systems somit verschieben bzw. verändern. Denkbar ist auch, dass die hier genannten Elemente sich nicht nur ausdehnen oder zusammenziehen können, sondern auch Brechzahl und Radius ändern können. Insgesamt führt das zu einen Fokusshift. Das Kompensationselement kann nun vorteilhafterweise dazu dienen, um den Fokuspunkt entsprechend oder ähnlich der Fokusverschiebung nachzuführen, sodass der Fokuspunkt im Schärfebereich des optischen Systems angeordnet ist und ein scharfes Bild entsteht.The optical system can be a camera that can be used in a vehicle, for example, as a so-called “automotive camera”. The focus shift/defocusing of the optical system can be temperature-related or moisture-induced, for example, and can result in the focus point being located in an area too far away from the camera's image sensor. This can happen, for example, when components such as the optical element or the lens or a lens mount, a lens spacer or a lens element and/or the image sensor or an image sensor mount of the optical system physically expand or contract due to temperature or humidity and the focus of the optical system thus move or change. It is also conceivable that the elements mentioned here can not only expand or contract, but can also change the refractive index and radius. Overall, this leads to a shift in focus. The compensation element can now advantageously be used to track the focus point in accordance with or similar to the focus shift, so that the focus point is arranged in the focal range of the optical system and a sharp image is produced.

Das optische Kompensationselement kann direkt, beispielsweise unmittelbar, in dem fokussierten Strahlengang angeordnet sein, beispielsweise zwischen dem optischen Element bzw. Objektiv und dem Bildsensor. Das optische Kompensationselement kann ausgebildet sein, um ansprechend auf den Umgebungsparameter die optische Wirkung in Form einer Formänderung und/oder einer Brechzahländerung des optischen Kompensationselementes zu verändern, um die Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken. Beispielsweise kann die Kompensation erfolgen, indem das optische Kompensationselement ein Nachführen des Fokuspunkts entsprechend oder ähnlich der Fokusverschiebung bewirkt. Dank des Kompensationselements kann eine Defokussierung der Kamera somit verbessert, beispielsweise zumindest teilweise kompensiert werden. Durch die Fokusverschiebung liegt der Sensor nicht mehr im Schärfentiefenbereich der Kamera, so dass eine Kompensation wieder dazu führt, dass der Sensor im Schärfentiefenbereich der Kamera liegt. Der Bildsensor bleibt so dank des Kompensationselements auch bei einer Verschiebung im Schärfentiefebereich, der beispielsweise einen Bereich von 1 bis 1000 µm umfassen kann.The optical compensation element can be arranged directly, for example immediately, in the focused beam path, for example between the optical element or lens and the image sensor. The optical compensation element can be designed to change the optical effect in the form of a change in shape and/or a change in the refractive index of the optical compensation element in response to the environmental parameter in order to compensate for the focus shift of the optical system. For example, the compensation can take place in that the optical compensation element effects a tracking of the focus point corresponding to or similar to the focus shift. Thanks to the compensation element, defocusing of the camera can thus be improved, for example at least partially compensated for. Due to the shift in focus, the sensor is no longer in the depth of field of the camera, so that compensation means that the sensor is again in the depth of field of the camera. Thanks to the compensation element, the image sensor remains in the depth of field, which can cover a range from 1 to 1000 μm, for example, even if there is a shift.

Gemäß einer Ausführungsform kann ein eine Verschiebung des Fokuspunktes repräsentierender Verschiebungsparameter Δz1 des optischen Kompensationselements innerhalb eines Toleranzbereichs einem weiteren Verschiebungsparameter Δz2 eines das optische Element, eines Halteelements des optischen Elements und/oder des Bildsensors umfassenden Systems entsprechen, wobei der Verschiebungsparameter je von einem Brechungsindex und einem Ausdehnungskoeffizienten abhängig ist. Das Kompensationselement kann thermisch bedingt, feuchteinduziert und/oder spannungsinduziert, beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung, verformbar sein und/oder ausgebildet sein, um die Brechzahl oder eine Verschiebung des Fokuspunktes thermisch bedingt, feuchteinduziert und/oder spannungsinduziert zu verändern. Analog kann auch das das optische Element, das Halteelement des optischen Elements und/oder den Bildsensor umfassende System thermisch bedingt, feuchteinduziert und/oder spannungsinduziert, beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung, verformbar sein und/oder ausgebildet sein, um die Brechzahl oder eine Verschiebung des Fokuspunktes thermisch bedingt, feuchteinduziert und/oder spannungsinduziert zu verändern Der Toleranzbereich kann beispielsweise eine Abweichung des Verschiebungsparameters des Kompensationselements von dem Verschiebungsparameter des Systems, das des Objektivs oder Halteelement des Objektivs und/oder Bildsensors oder Halteelement des Bildsensors von bis zu 35 % umfassen.According to one embodiment, a displacement parameter Δz 1 of the optical compensation element representing a displacement of the focus point can correspond within a tolerance range to a further displacement parameter Δz 2 of a system comprising the optical element, a holding element of the optical element and/or the image sensor, the displacement parameter depending on a refractive index and an expansion coefficient. The compensation element can be deformable thermally, moisture-induced and/or stress-induced, for example by applying an electrical voltage, and/or be designed to change the refractive index or a shift of the focus point thermally, moisture-induced and/or stress-induced. Analogously, the system comprising the optical element, the holding element of the optical element and/or the image sensor can also be deformable and/or designed to reduce the refractive index or a shift due to thermal, moisture-induced and/or stress-induced stress, for example by applying an electrical voltage of the focal point due to thermal, moisture-induced and/or stress-induced changes. The tolerance range can include, for example, a deviation of the displacement parameter of the compensation element from the displacement parameter of the system, that of the lens or the retaining element of the lens and/or the image sensor or the retaining element of the image sensor, of up to 35%.

Gemäß einer Ausführungsform kann das optische Kompensationselement ein Material aufweisen, das ausgebildet ist, um sich in einem definierten Temperaturbereich, Feuchtebereich und/oder elektrischen Spannungsbereich mit einem vorbestimmten Ausdehnungskoeffizienten auszudehnen. Zusätzlich kann auch eine Ausdehnung zusammen mit einer Brechungsindexänderung erfolgen, die sich auch teilweise kompensieren und somit beide Effekte berücksichtigt werden sollten. Auch kann die Brechungsindexänderung die treibende Kraft sein. Entsprechend kann das Material des optischen Kompensationselements ausgebildet sein, um sich in einem weiteren niedrigeren Temperaturbereich, Feuchtebereich und/oder elektrischen Spannungsbereich zusammenzuziehen. So kann vorbestimmt werden, in welchem Temperaturbereich, Feuchtebereich und/oder elektrischen Spannungsbereich eine gewünschte Ausdehnung des Kompensationselements erfolgt. Beispielsweise kann eine größere Ausdehnung innerhalb eines höheren Temperaturbereichs, eines höheren Feuchtebereich und/oder größeren elektrischen Spannungsbereichs erfolgen, als innerhalb eines geringeren Temperaturbereichs, eines geringeren Feuchtebereichs und/oder geringeren elektrischen Spannungsbereichs.According to one embodiment, the optical compensation element can have a material that is designed to expand in a defined temperature range, humidity range and/or electrical voltage range with a predetermined coefficient of expansion. In addition, an expansion can also occur together with a change in the refractive index, which also partially compensate each other and therefore both effects should be taken into account. Also, the refractive index change can be the driving force. Correspondingly, the material of the optical compensation element can be designed to contract in a further lower temperature range, humidity range and/or electrical voltage range. It can thus be predetermined in which temperature range, humidity range and/or electrical voltage range a desired expansion of the compensation element takes place. For example, a greater expansion can take place within a higher temperature range, a higher humidity range and/or greater electrical voltage range than within a lower temperature range, a lower humidity range and/or lower electrical voltage range.

Das optische Kompensationselement kann zumindest eine planparallele Platte aufweisen und/oder als planparallele Platte ausgebildet sein. Die planparallele Platte kann eine Dicke zwischen 0,1 Millimeter und 5 Millimetern aufweisen, beispielsweise eine Dicke von 1 Millimeter. Planparallele Platten sind unempfindlich gegen Dezentrierung und Positionsänderungen in z-Richtung. The optical compensation element can have at least one plane-parallel plate and/or be designed as a plane-parallel plate. The plane-parallel plate can have a thickness of between 0.1 millimeter and 5 millimeters, for example a thickness of 1 millimeter. Plane-parallel plates are insensitive to decentering and changes in position in the z-direction.

Das optische Kompensationselement kann zusätzlich oder alternativ zumindest eine Linse aufweisen und/oder als Linse ausgebildet sein. Linsenelemente können die optische Performance des Systems zusätzlich verbessern.The optical compensation element can additionally or alternatively have at least one lens and/or be designed as a lens. Lens elements can further improve the optical performance of the system.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Kompensationselement ein optisch transparentes Material aufweisen und/oder als optisch transparentes Material ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine einfache und schnelle Kompensation der Fokusverschiebung realisiert werden.In accordance with one embodiment, the compensation element can have an optically transparent material and/or be embodied as an optically transparent material. In this way, a simple and quick compensation of the focus shift can be implemented.

Das Kompensationselement kann zumindest teilweise aus Kunststoff ausgeformt sein. Das Kompensationselement kann auch vollständig aus Kunststoff ausgeformt sein. Dies ermöglicht eine leichte und günstig herstellbare Variante für das Kompensationselement. Das Kompensationselement kann beispielsweise einstückig und/oder aus einem Material ausgeformt sein.The compensation element can be formed at least partially from plastic. The compensation element can also be formed entirely from plastic. This enables a variant for the compensation element that is light and inexpensive to produce. The compensation element can be formed in one piece and/or from one material, for example.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Kompensationselement im unmittelbaren Kontakt mit dem Bildsensor angeordnet sein. So kann ein sogenanntes „Lens-on-Chip“ als beispielsweise ein Bauteil realisiert sein. Beispielsweise kann das Kompensationselement als Ersatz eines Sensor-Deckglases oder als Add-on auf einen oder als Ersatz für einen IR-Filter des Objektivs realisiert sein. Als unmittelbar ist zu verstehen, dass mit Ausnahme eines optionalen Befestigungsmaterials, keine weitere Komponente zwischen dem Kompensationselement und dem Bildsensor oder Objektiv kontaktiert ist.According to one embodiment, the compensation element can be arranged in direct contact with the image sensor. For example, a so-called “lens-on-chip” can be implemented as a component. For example, the compensation element can be implemented as a replacement for a sensor cover glass or as an add-on to or as a replacement for an IR filter of the lens. It is to be understood as direct that, with the exception of an optional fastening material, no further component is contacted between the compensation element and the image sensor or lens.

Ein Verfahren zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems weist einen Schritt des Bereitstellens und einen Schritt des Veränderns auf. Im Schritt des Bereitstellens werden ein optisches System mit einem Objektiv und einem Bildsensor, die in einem gemeinsamen Strahlengang angeordnet sind, der auf einen Fokuspunkt fokussiert ist, und ein in dem Strahlengang angeordnetes optisches Kompensationselement bereitgestellt. Im Schritt des Veränderns wird eine optische Wirkung des Kompensationselements ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter verändert, um den Fokuspunkt zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken. Im Schritt des Veränderns kann ansprechend auf den zumindest einen Umgebungsparameter eine elektrische Spannung angelegt werden, um die optische Wirkung des Kompensationselements zu verändern, um den Fokuspunkt zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken.A method for compensating for a focus shift of an optical system has a step of providing and a step of changing. In the providing step, an optical system with a lens and an image sensor, which are arranged in a common beam path that is focused on a focus point, and an optical compensation element arranged in the beam path are provided. In the changing step, an optical effect of the compensation element is changed in response to at least one environmental parameter in order to shift the focus point in order to compensate for the focus shift of the optical system. In the step of Changing an electrical voltage can be applied in response to the at least one environmental parameter in order to change the optical effect of the compensation element in order to shift the focus point in order to compensate for the focus shift of the optical system.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Kompensationsvorrichtung zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems weist einen Schritt des Bereitstellens und einen Schritt des Anordnens auf. Im Schritt des Bereitstellens wird das optische System mit einem Objektiv und einem Bildsensor bereitgestellt, die in einem gemeinsamen Strahlengang, der auf einen Fokuspunkt fokussiert ist, angeordnet sind. Im Schritt des Anordnens wird ein optisches Kompensationselement in den Strahlengang angeordnet, wobei das optische Kompensationselement ausgebildet ist, um ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter eine optische Wirkung zu verändern, um den Fokuspunkt zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken.A method for producing a compensation device for compensating for a focus shift of an optical system has a step of providing and a step of arranging. In the providing step, the optical system is provided with a lens and an image sensor, which are arranged in a common beam path that is focused on a focal point. In the arranging step, an optical compensation element is arranged in the beam path, the optical compensation element being designed to change an optical effect in response to at least one environmental parameter, in order to shift the focus point in order to compensate for the focus shift of the optical system.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte eines der vorangehend vorgestellten Verfahren in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a device that is designed to carry out, control or implement the steps of one of the methods presented above in corresponding devices. The task on which the approach is based can also be solved quickly and efficiently by this embodiment variant of the approach in the form of a device.

Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the device can have at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading in sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the Have actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting data that are embedded in a communication protocol. The arithmetic unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, with the memory unit being able to be a flash memory, an EEPROM or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read in or output data wirelessly and/or by wire, wherein a communication interface that can read in or output wire-bound data can, for example, read this data electrically or optically from a corresponding data transmission line or can output it to a corresponding data transmission line.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedene Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood to mean an electrical device that processes sensor signals and, depending thereon, outputs control and/or data signals. The device can have an interface that can be configured as hardware and/or software. In the case of a hardware design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the device. However, it is also possible for the interfaces to be separate integrated circuits or to consist at least partially of discrete components. In the case of a software design, the interfaces can be software modules which are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.A computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and/or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above, is also advantageous used, especially when the program product or program is run on a computer or device.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kompensationsvorrichtung zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems;
  • 2 eine schematische Darstellung einer thermisch bedingten Fokusverschiebung in einem optischen System;
  • 3 eine schematische Gegenüberstellung einer Kompensationsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel gegenüber einem optischen System ohne optischem Kompensationselement;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Fokusverschiebung durch ein optisches Kompensationselement, welches Brechzahl und Dicke abhängig von der Temperatur gemäß einem Ausführungsbeispiel ändert;
  • 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems;
  • 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Kompensationsvorrichtung zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems.
  • 7 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems; und
  • 8 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Kompensationsvorrichtung zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems.
Exemplary embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a compensation device for compensating for a focus shift of an optical system;
  • 2 a schematic representation of a thermally induced focus shift in an optical system;
  • 3 a schematic comparison of a compensation device according to an embodiment compared to an optical system without an optical compensation element;
  • 4 a schematic representation of a focus shift by an optical com compensation element, which changes refractive index and thickness depending on the temperature according to an embodiment;
  • 5 a flowchart of a method according to an embodiment for compensating for a focus shift of an optical system;
  • 6 a flowchart of a method according to an embodiment for producing a compensation device for compensating for a focus shift of an optical system.
  • 7 a block diagram of a device according to an embodiment for compensating for a focus shift of an optical system; and
  • 8th a block diagram of a device according to an embodiment for producing a compensation device for compensating for a focus shift of an optical system.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable exemplary embodiments of the present approach, the same or similar reference symbols are used for the elements which are shown in the various figures and have a similar effect, with a repeated description of these elements being dispensed with.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kompensationsvorrichtung 100 zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a compensation device 100 for compensating for a focus shift of an optical system.

Die Kompensationsvorrichtung 100 weist das optische System und ein optisches Kompensationselement 110 auf. Das optische System weist ein optisches Element 115 (wie beispielsweise ein Objektiv oder ein Spiegel bzw. Spiegelsystem) und einen Bildsensor 120 auf, die in einem gemeinsamen Strahlengang 125, der auf einen Fokuspunkt 127 fokussiert ist, angeordnet sind. Das optische Kompensationselement 110 ist in dem Strahlengang 125 angeordnet und ausgebildet, um ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter eine optische Wirkung zu verändern, um den Fokuspunkt 127 zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken. Das optische Element 115 und der Bildsensor 120 (sowie optional auch das optische Kompensationselement 110) sind dabei an einem gemeinsamen Halteelement 128 befestigt.The compensation device 100 has the optical system and an optical compensation element 110 . The optical system has an optical element 115 (such as a lens or a mirror or mirror system) and an image sensor 120, which are arranged in a common beam path 125, which is focused on a focal point 127. The optical compensation element 110 is arranged in the beam path 125 and is designed to change an optical effect in response to at least one environmental parameter in order to shift the focus point 127 in order to compensate for the focus shift of the optical system. The optical element 115 and the image sensor 120 (and optionally also the optical compensation element 110) are attached to a common holding element 128.

Bei dem optischen System handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um eine Kamera, die beispielsweise zur Verwendung in einem Fahrzeug 130 einsetzbar ist. Die Fokusverschiebung des optischen Systems kann beispielsweise temperaturbedingt oder feuchteinduziert erfolgen und dazu führen, dass der Fokuspunkt 127 und der Schärfetiefenbereich des optischen Elementes bzw. Objektivs außerhalb der Position des Bildsensors 120 der Kamera liegt. Dies kann beispielsweise passieren, indem sich temperaturbedingt oder feuchteinduziert Komponenten wie das Objektiv bzw. optische Element 115, der Bildsensor 120 des optischen Systems und/oder ein Halteelement 128 des Objektivs bzw. optischen Elementes 115 und/oder ein Halteelement 128 des Bildsensors 120 physisch ausdehnen, bzw. sich entsprechende Radien, Brechzahl oder Linsenpositionen verändern und den Fokus somit verschieben. Ein erster Strahlengang-Endabschnitt A zwischen dem Kompensationselement 110 und dem Bildsensor 120 zeigt einen Endabschnitt des Strahlengangs 125 mit einem unveränderten Fokuspunkt, also einem Fokuspunkt, welcher nicht mittels des Kompensationselements 110 verschoben wurde. Ein zweiter Strahlengang-Endabschnitt B zwischen dem Kompensationselement 110 und dem Bildsensor 120 zeigt einen Endabschnitt des Strahlengangs 125 mit dem mittels des Kompensationselements 110 verschobenen Fokuspunkt 127.According to this exemplary embodiment, the optical system is a camera that can be used, for example, in a vehicle 130 . The focus of the optical system can be shifted, for example, due to temperature or moisture and result in the focal point 127 and the depth of field of the optical element or lens being outside the position of the image sensor 120 of the camera. This can happen, for example, if components such as the lens or optical element 115, the image sensor 120 of the optical system and/or a holding element 128 of the lens or optical element 115 and/or a holding element 128 of the image sensor 120 physically expand due to temperature or moisture , or corresponding radii, refractive index or lens positions change and thus shift the focus. A first beam path end section A between the compensation element 110 and the image sensor 120 shows an end section of the beam path 125 with an unchanged focus point, ie a focus point which was not shifted by means of the compensation element 110 . A second beam path end section B between compensation element 110 and image sensor 120 shows an end section of beam path 125 with focal point 127 shifted by means of compensation element 110.

Das optische Kompensationselement 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel direkt, beispielsweise unmittelbar, in dem Strahlengang 125 angeordnet, beispielsweise zwischen dem Objektiv bzw. optischen Element 115 und dem Bildsensor 120. Das optische Kompensationselement 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um ansprechend auf den Umgebungsparameter die optische Wirkung in Form einer Formänderung und/oder einer Brechzahländerung des optischen Kompensationselement 110 zu verändern, um den Fokuspunkt 127 zu verschieben, um die Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Kompensation, indem das optische Kompensationselement 110 ein Nachführen des Fokuspunkts 127 entsprechend der Fokusverschiebung/Defokussierung bewirkt. Der Bildsensor 120 bleibt so dank des Kompensationselements 110 auch bei einer Verschiebung im Schärfentiefebereich, der hier beispielsweise einen Bereich von 10 bis 1000 µm umfasst, siehe auch 3.According to this exemplary embodiment, the optical compensation element 110 is arranged directly, for example immediately, in the beam path 125, for example between the lens or optical element 115 and the image sensor 120. The optical compensation element 110 is designed according to this exemplary embodiment, in response to the environmental parameter, to To change effect in the form of a change in shape and / or a change in refractive index of the optical compensation element 110 to move the focus point 127 to cause the focus shift of the optical system. According to this exemplary embodiment, the compensation takes place in that the optical compensation element 110 effects a tracking of the focus point 127 in accordance with the focus shift/defocusing. Thanks to the compensation element 110, the image sensor 120 also remains in the depth of field, which in this case covers a range from 10 to 1000 μm, for example, see also 3 .

Das Kompensationselement 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Material auf, das einen eine Verschiebung des Fokuspunktes 127 repräsentierender Verschiebungsparameter Δz1 des optischen Kompensationselements 110 innerhalb eines Toleranzbereichs einem weiteren Verschiebungsparameter Δz2 eines das optische Element, eines Halteelements des optischen Elements und/oder des Bildsensors umfassenden Systems entspricht, wobei der Verschiebungsparameter je von einem Brechungsindex und einem Ausdehnungskoeffizienten abhängig ist.. Das Kompensationselement 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel thermisch bedingt, feuchteinduziert und/oder spannungsinduziert, beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung, verformbar und/oder ist ausgebildet, um die Brechzahl thermisch bedingt, feuchteinduziert und/oder spannungsinduziert zu verändern. Der Toleranzbereich kann beispielsweise eine Abweichung des Verschiebungsparameter Δz1 des Kompensationselements 110 von dem Ausdehnungskoeffizienten des Verschiebungsparameter Δz2 des Objektivs bzw. optischen Elementes 115, Bildsensors 120 und/oder des Halteelementes 128 von bis zu 35% umfassen.According to this exemplary embodiment, compensation element 110 has a material that includes a displacement parameter Δz 1 of optical compensation element 110, which represents a displacement of focal point 127, within a tolerance range, a further displacement parameter Δz 2 of an optical element, a holding element of the optical element, and/or the image sensor corresponds to the system, the displacement parameter depending on a refractive index and an extension According to this exemplary embodiment, the compensation element 110 is thermally induced, moisture-induced and/or stress-induced, for example by applying an electrical voltage, deformable and/or is designed to change the refractive index thermally, moisture-induced and/or stress-induced. The tolerance range can include, for example, a deviation of the displacement parameter Δz 1 of the compensation element 110 from the expansion coefficient of the displacement parameter Δz 2 of the lens or optical element 115, image sensor 120 and/or the holding element 128 of up to 35%.

Das Kompensationselement 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Brechungsindex von 1,51 bei thermischen Ausdehnungskoeffizienten von zumindest 50 ppm/K auf. Bei einem solchen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird bei einer Erwärmung von 20° auf 105°C ein 4,05µm großer Shift bei einer Dicke von 1 mm und damit eine Refokussierung erzeugt. Die Schärfe des gesamten Kamerasystems kann dadurch deutlich verbessert werden.According to this exemplary embodiment, the compensation element 110 has a refractive index of 1.51 with thermal expansion coefficients of at least 50 ppm/K. With such a coefficient of thermal expansion, heating from 20° to 105° C. produces a 4.05 μm shift with a thickness of 1 mm and thus refocusing. This can significantly improve the sharpness of the entire camera system.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Kompensationselement 110 ein Material auf, das ausgebildet ist, um sich in einem definierten Temperaturbereich, Feuchtebereich und/oder elektrischen Spannungsbereich mit einem vorbestimmten Ausdehnungskoeffizienten auszudehnen. Entsprechend ist das Material des optischen Kompensationselements 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um sich in einem weiteren niedrigeren Temperaturbereich, Feuchtebereich und/oder elektrischen Spannungsbereich zusammenzuziehen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine größere oder verringerte Ausdehnung innerhalb eines höheren Temperaturbereichs, eines höheren Feuchtebereich und/oder größeren elektrischen Spannungsbereichs, als innerhalb eines geringeren Temperaturbereichs, eines geringeren Feuchtebereich und/oder geringeren elektrischen Spannungsbereichs. Ferner können sich auch ein Brechungsindex und/oder eine Ausdehnung gemeinsam ändern und auch gemeinsam wirken, wenn auch eventuell nicht in die gleiche Richtung.According to this exemplary embodiment, the compensation element 110 has a material that is designed to expand in a defined temperature range, humidity range and/or electrical voltage range with a predetermined coefficient of expansion. Correspondingly, the material of the optical compensation element 110 according to one exemplary embodiment is designed to contract in a further, lower temperature range, humidity range and/or electrical voltage range. According to this exemplary embodiment, there is a greater or reduced expansion within a higher temperature range, a higher humidity range and/or greater electrical voltage range than within a lower temperature range, a lower humidity range and/or lower electrical voltage range. Furthermore, an index of refraction and/or an extension can also change together and also act together, although possibly not in the same direction.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Kompensationselement 110 zumindest eine planparallele Platte auf und/oder ist als planparallele Platte ausgebildet. Die planparallele Platte kann eine Dicke zwischen 0,1 Millimeter und 10 Millimetern aufweisen, beispielsweise 1 Millimeter. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist das Kompensationselement 110 zusätzlich oder alternativ zumindest eine Linse mit zumindest einer gekrümmten oder gewölbten Oberfläche auf und/oder ist als Linse ausgebildet. Als Linse kann in diesem Zusammenhang ein Element verstanden werden, das nicht zwingend eine Sphäre aufweist; es ist durchaus auch eine Freiform möglich.According to this exemplary embodiment, the compensation element 110 has at least one plane-parallel plate and/or is designed as a plane-parallel plate. The plane-parallel plate can have a thickness between 0.1 millimeter and 10 millimeters, for example 1 millimeter. According to an alternative exemplary embodiment, the compensation element 110 additionally or alternatively has at least one lens with at least one curved or arched surface and/or is designed as a lens. In this context, a lens can be understood as an element that does not necessarily have a sphere; a free form is certainly also possible.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Kompensationselement 110 ein optisch transparentes Material auf und/oder ist als optisch transparentes Material ausgebildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Kompensationselement 110 zumindest teilweise oder vollständig aus Kunststoff ausgeformt. Das Kompensationselement 110 ist hierbei gemäß einem Ausführungsbeispiel vollständig aus Kunststoff ausgeformt. Das Kompensationselement 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einstückig und/oder aus einem Material ausgeformt. Auch kann das Kompensationselement 110 ein weiteres Material wie beispielsweise eine Antireflexbeschichtung auf einer oder mehreren relevanten Flächen aufgebracht sein.According to this exemplary embodiment, the compensation element 110 has an optically transparent material and/or is designed as an optically transparent material. According to this exemplary embodiment, the compensation element 110 is formed at least partially or completely from plastic. According to one exemplary embodiment, the compensation element 110 is formed entirely from plastic. According to this exemplary embodiment, the compensation element 110 is formed in one piece and/or from one material. The compensation element 110 can also have a further material such as an anti-reflection coating applied to one or more relevant surfaces.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Kompensationselement 110 im unmittelbaren Kontakt mit dem Bildsensor 120 oder Objektiv bzw. optischen Elementes 115 angeordnet. Als unmittelbar ist zu verstehen, dass mit Ausnahme eines optionalen Befestigungsmaterials, keine weitere Komponente zwischen dem Kompensationselement 110 und dem Bildsensor 120 oder Objektiv bzw. optischen Elementes 115 kontaktiert ist. Denkbar ist auch, dass das Kompensationselement auf oder im optischen Element wie beispielsweise dem Objektiv angeordnet oder aufgebracht ist.According to an alternative exemplary embodiment, the compensation element 110 is arranged in direct contact with the image sensor 120 or lens or optical element 115 . It is to be understood as direct that, with the exception of an optional fastening material, no other component is contacted between the compensation element 110 and the image sensor 120 or lens or optical element 115 . It is also conceivable that the compensation element is arranged or applied on or in the optical element such as the lens.

Im Folgenden werden Details der Kompensationsvorrichtung 100 noch einmal genauer beschrieben:

  • Die hier vorgestellte Kompensationsvorrichtung 100 ermöglicht vorteilhafterweise eine Defokus-Kompensation des Fokusshifts/Fokusverschiebung in Kameras mit Hilfe eines optischen Kompensationselements 110.
Details of the compensation device 100 are described in more detail below:
  • The compensation device 100 presented here advantageously enables defocus compensation of the focus shift/focus shift in cameras with the aid of an optical compensation element 110.

In der Automobilindustrie werden zunehmend Kameras in Fahrzeugen 130 verbaut. Diese Kameras werden beispielsweise für Fahrerassistenz oder für das automatisierte Fahren verwendet. Dabei werden die Bilddaten durch Algorithmen ausgewertet, die ein Mindestmaß an Bild-Schärfe erfordern. Der Bereich, in dem das Bild durch ein Objektiv oder optisches Element 115 scharf abgebildet wird ist sehr klein. Typischerweise liegt er bei Automotive-Kameras im Bereich von ca. 10-100µm (Depth of focus, DOF). Um ein scharfes Bild zu erzeugen muss der Bildsensor 120 in diesem Bereich positioniert sein. Aufgrund der starken mechanischen und thermischen Belastungen für Automotive-Kameras werden diese bisher als fix-Focus-Systeme ausgelegt und können nicht mehr nachfokussiert werden, wie es z. B. bei Consumer Produkten möglich ist.Cameras are increasingly being installed in vehicles 130 in the automotive industry. These cameras are used, for example, for driver assistance or for automated driving. The image data is evaluated by algorithms that require a minimum level of image sharpness. The area in which the image is sharply imaged by a lens or optical element 115 is very small. It is typically in the range of approx. 10-100 µm (depth of focus, DOF) for automotive cameras. In order to produce a sharp image, the image sensor 120 must be positioned in this area. Due to the strong mechanical and thermal loads on automotive cameras, these have so far been designed as fix-focus systems and can no longer be refocused, as is the case e.g. B. is possible with consumer products.

Es gibt jedoch viele Einflüsse, die eine Kamera defokussieren können. Einer der Einflüsse ist die Änderung der Fokuslage über Temperatur. Automotive-Kameras müssen in einem Temperaturbereich von -40° bis +105°C scharf sein. Aufgrund der Ausdehnung mechanischer Komponenten sowie der Änderung der optischen Eigenschaften der Linsenmaterialien ist dies eine große Herausforderung. Während der Entwicklung der Kameras werden daher folgende zwei Ansätze verfolgt:

  1. 1. Anpassung des Temperaturshifts von Objektiv und Mechanik aufeinander
  2. 2. Vorhalt eines möglichst großen Schärfebereichs „Depth of Focus“, DOF. Das heißt, dass der „akzeptabel scharfe Bereich“ vor und hinter der eigentlichen Bildebene möglichst groß sein soll.
However, there are many influences that can defocus a camera. One of the influences is the change in focus position over temperature. Automotive cameras have to be sharp in a temperature range of -40° to +105°C. This is a major challenge due to the expansion of mechanical components and the change in the optical properties of the lens materials. The following two approaches are therefore pursued during the development of the cameras:
  1. 1. Adaptation of the temperature shift of lens and mechanics to each other
  2. 2. Preservation of the largest possible sharpness range "Depth of Focus", DOF. This means that the "acceptably sharp area" in front of and behind the actual image plane should be as large as possible.

1. Den Temperaturshift von Objektiven und Mechanik genau aufeinander einzustellen ist sehr schwierig. Ihre Stellschrauben sind vor allem die Änderung von Materialien oder die mechanische Anordnung. Dies ist im Vergleich zur Anforderung (es geht oft um eine Einstellung im Bereich weniger µm) recht grob und oft nicht erfolgreich.1. Adjusting the temperature shift of lenses and mechanics exactly to each other is very difficult. Your adjusting screws are mainly the change of materials or the mechanical arrangement. Compared to the requirement (it is often about a setting in the range of a few µm), this is quite rough and often unsuccessful.

2. Ein großer Schärfentiefebereich lässt sich oft nur schwer mit den hohen optischen Anforderungen vereinen und zwingt zu Kompromissen, z. B.:

  • - Erhöhte Kosten durch teurere Materialien, engere Toleranzen, Ausschuss in der Produktion der Objektive
  • - Größere Blendenzahlen, d. h., weniger Lichtempfindlichkeit der Objektive
  • - Aufwendigeres, teureres Aufbau- und Verbindungskonzept in der Produktion des Kamerasystems
2. A large depth of field is often difficult to combine with the high optical requirements and makes compromises necessary, e.g. e.g.:
  • - Increased costs due to more expensive materials, tighter tolerances, rejects in the production of the lenses
  • - Larger f-numbers, ie the lenses are less sensitive to light
  • - More complex, more expensive construction and connection concept in the production of the camera system

Ein Beispiel einer solchen Kamera, die eine Defokussierung bei hohen Temperaturen aufweist, ist in 2 anhand eines Schaubilds gezeigt.An example of such a camera exhibiting high temperature defocusing is in 2 shown with a diagram.

Aktuelle und zukünftige Kameragenerationen für Automotive Anwendungen fordern kleinere Pixelgrößen und Blendenzahlen sowie größere Bildschärfe. All diese Forderungen machen das Design eines Kameraobjektivs und dazugehöriger Mechanik sehr schwierig ohne zusätzliche Maßnahmen.Current and future camera generations for automotive applications require smaller pixel sizes and f-numbers as well as greater image sharpness. All these requirements make the design of a camera lens and associated mechanics very difficult without additional measures.

Die hier vorgestellte Kompensationsvorrichtung 100 ist vorteilhafterweise ausgebildet, um die Defokussierung der Kamera zu verbessern/zumindest teilweise zu kompensieren. Eine Aufgabe des hier vorgestellten Ansatzes ist, dass in den Strahlengang 125 zwischen Objektiv bzw. optischem Element 115 und Bildsensor 120 ein optisches Element eingebracht wird, das Kompensationselement 110, das sich ebenfalls thermisch ausdehnt bzw. dessen optische Eigenschaft sich ebenfalls verändert durch Ausdehnung/Änderung des Brechungsindexes und so den Fokusshift des Kameramoduls zumindest teilweise oder vollständig kompensiert.The compensation device 100 presented here is advantageously designed to improve/at least partially compensate for the defocusing of the camera. One object of the approach presented here is that an optical element is introduced into the beam path 125 between the lens or optical element 115 and the image sensor 120, the compensation element 110, which also expands thermally or whose optical properties also change as a result of expansion/change of the refractive index and thus at least partially or completely compensates for the focus shift of the camera module.

Das Einbringen des Kompensationselements 110 in Form eines optisch wirksamen Elements in den fokussierten Strahlengang 125 bewirkt einen Defokus des Strahlengangs 125. Diese Defokussierung hängt vom Brechungsindex und von der Dicke dieses Elements 110 ab. Durch Änderung der Dicke ist der Fokusshift anpassbar.The introduction of the compensation element 110 in the form of an optically active element in the focused beam path 125 causes a defocusing of the beam path 125. This defocusing depends on the refractive index and on the thickness of this element 110. The focus shift is adjustable by changing the thickness.

Ändert sich nun die Dicke d0 des Materials des Kompensationselements 110 mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE um Δd durch eine Temperaturänderung ΔT Δ d = C T E d 0 Δ T

Figure DE102021215068A1_0001
so wird auch der Fokus um Δz abhängig vom Brechungsindex n verschoben. Für kleine Einfallswinkel gilt näherungsweise: Δ z = Δ d n 1 n
Figure DE102021215068A1_0002
Δ z = d H T n H T 1 n H T d T T n T T 1 n T T ,
Figure DE102021215068A1_0003
wobei der Index HT eine Hochtemperatur, der Index TT eine Tieftemperatur, die Variable n den Brechungsindex und die Variable d eine Dicke des betrachteten Materials repräsentiert.If the thickness d 0 of the material of the compensation element 110 with a thermal expansion coefficient CTE now changes by Δd due to a temperature change ΔT Δ i.e = C T E i.e 0 Δ T
Figure DE102021215068A1_0001
the focus is also shifted by Δz depending on the refractive index n. For small angles of incidence, the following applies approximately: Δ e.g = Δ i.e n 1 n
Figure DE102021215068A1_0002
Δ e.g = i.e H T n H T 1 n H T i.e T T n T T 1 n T T ,
Figure DE102021215068A1_0003
where the index HT represents a high temperature, the index TT a low temperature, the variable n the refractive index and the variable d a thickness of the material under consideration.

Wird nun ein solches Kompensationselement 110 z. B. als planparallele Platte zwischen Objektiv bzw. optischem Element 115 und Sensor 120 gebracht, wird der Fokus/Schärfentiefebereich des Objektivs bzw. optischen Elements 115 bei Erwärmung zusätzlich verschoben. Durch Wahl der Dicke d0 kann der gewünschte zusätzliche Fokusshift sehr genau eingestellt werden, so dass der Sensor 120 in jedem Temperaturbereich innerhalb des Schärfentiefebereichs liegt, siehe 3.If such a compensation element 110 z. B. brought as a plane-parallel plate between lens or optical element 115 and sensor 120, the focus / depth of field of the lens or optical element 115 is additionally shifted when heated. The desired additional focus shift can be set very precisely by selecting the thickness d 0 , so that the sensor 120 is within the depth of field range in every temperature range, see FIG 3 .

Auf diese Art und Weise ist die Diskrepanz bzw. Fehlanpassung zwischen Mechanik- und Optikdesign (teilweise) kompensierbar. Insbesondere bei Baukastensystemen, bei denen eine Kameramechanik für verschiedene Objektive bzw. optische Elemente 115 verwendet wird, kann der Objektivshift der unterschiedlichen Objektive bzw. optischen Elemente 115 angepasst und so zeitaufwändige Iterationen in der Objektiventwicklung verhindert werden, bzw. direkt ein off-the-shelf Design eingesetzt werden.In this way, the discrepancy or mismatch between mechanical and optical design can be (partially) compensated. Particularly in the case of modular systems in which a camera mechanism is used for different lenses or optical elements 115, the lens shift of the different lenses or optical elements 115 can be adapted, thus preventing time-consuming iterations in lens development, or directly off-the-shelf design are used.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist bei der Kompensationsvorrichtung 100 zumindest eine oder eine beliebige Kombination der folgenden Varianten realisiert:

  • - Die gleiche optische Wirkung wird statt durch Dickenänderung durch eine Brechzahländerung des optischen Kompensationselements 110 erzeugt.
  • - Neben der Kompensation eines Temperatur-induzierten Fokus-Shifts ist eine Kompensation eines Feuchte-induzierten Fokus-Shifts durch Wahl eines geeigneten Materials (Ausdehnung durch Feuchteaufnahme), realisiert.
  • - Das optische Element 110 ist als planparallele Platte oder als Linsenelement ausgeführt. Planparallele Platten sind unempfindlich gegen Dezentrierung und Positionsänderungen in z-Richtung. Linsenelemente können die optische Performance des Systems zusätzlich verbessern.
  • - Das optische Element 110 ist an beliebiger z-Position zwischen Objektiv bzw. optischem Element 115 und Sensor 120 eingebracht. Denkbar sind z. B. eine Lens-on-Chip im direkten Kontakt mit dem Sensor 120, beispielsweise als Ersatz für ein Sensor-Deckglas und/oder als Add-on auf einen oder als Ersatz für einen IR-Filter des Objektivs bzw. optischem Element 115.
  • - Neben passiven Elementen 110, die sich durch Temperatur und/oder Feuchte ausdehnen, ist zusätzlich oder alternativ eine aktive Komponente, die z. B. durch Anlegen einer Spannung die Dicke oder die Brechzahl ändert, realisiert, was als aktiver Autofokus bezeichnet werden kann.
According to an exemplary embodiment, the compensation device 100 has at least one or any combination of the following variants:
  • The same optical effect is produced by changing the refractive index of the optical compensation element 110 instead of by changing the thickness.
  • - In addition to the compensation of a temperature-induced focus shift, a compensation of a moisture-induced focus shift is realized by selecting a suitable material (expansion through moisture absorption).
  • - The optical element 110 is designed as a plane-parallel plate or as a lens element. Plane-parallel plates are insensitive to decentering and changes in position in the z-direction. Lens elements can further improve the optical performance of the system.
  • - The optical element 110 is inserted at any desired z-position between the lens or optical element 115 and the sensor 120. Conceivable are z. B. a lens-on-chip in direct contact with the sensor 120, for example as a replacement for a sensor cover glass and/or as an add-on to or as a replacement for an IR filter of the lens or optical element 115.
  • - In addition to passive elements 110, which expand due to temperature and / or humidity, is additionally or alternatively an active component z. B. changing the thickness or the refractive index by applying a voltage, realized what can be referred to as active autofocus.

Einsatzgebiete für die hier vorgestellte Kompensationsvorrichtung 100 sind: Automotive Kamerasysteme, Kamerasysteme im Consumerbereich wie Smartphones und/oder Consumer-Kameras, Kameras für professionelle Anwendungen, z. B. Wissenschaft wie Raumfahrt, Luftfahrt (auch Flugtaxis), Überwachungskameras.Areas of application for the compensation device 100 presented here are: automotive camera systems, camera systems in the consumer sector such as smartphones and/or consumer cameras, cameras for professional applications, e.g. B. Science such as space travel, aviation (also air taxis), surveillance cameras.

Zusammengefasst ist dank der Kompensationsvorrichtung 100 zur Stabilisierung eines Fokuspunkts 127 in einem Kameramodul in den Strahlengang 125 ein optisch wirksames Element 110 eingebracht, das gemäß einem Ausführungsbeispiel eine ähnliche oder gleiche Wirkung, beispielsweise Brechungs- oder Ablenkungswirkung, hat, wie eine thermische Ausdehnung einer Halterung bzw. eines Halteelementes 128 des Bildsensors 120. So kann durch die gleichartige oder gegengleiche Wirkung des optisch wirksamen Elementes 110 auf die Strahlformung eine Verschiebung des Fokuspunkts 127 des Kameramoduls kompensiert werden.In summary, thanks to compensation device 100, an optically effective element 110 is introduced into beam path 125 for stabilizing a focus point 127 in a camera module, which, according to one exemplary embodiment, has a similar or identical effect, for example a refraction or deflection effect, to thermal expansion of a mount or A holding element 128 of the image sensor 120. A shift in the focal point 127 of the camera module can thus be compensated for by the similar or opposite effect of the optically active element 110 on the beam formation.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer thermisch bedingten Fokusverschiebung in einer Kamera. Dabei kann es sich um eine Kamera ohne das in 1 beschriebene Kompensationselement 110 handeln. Die Fokusverschiebung, auch „Fokusshift“ oder „Defokussierung“ genannt, ist in µm über der Temperatur in °C dargestellt. 2 shows a schematic representation of a thermally induced focus shift in a camera. It can be a camera without the in 1 Act compensation element 110 described. The focus shift, also called "focus shift" or "defocusing", is shown in µm over the temperature in °C.

Gezeigt ist ein Beispiel für eine Kamera, die eine Defokussierung bei hohen und niedrigen Temperaturen aufweist.Shown is an example of a camera exhibiting high and low temperature defocusing.

3 zeigt eine schematische Gegenüberstellung einer Kompensationsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gegenüber einem optischen System 300 ohne optischem Kompensationselement. Dabei kann es sich um eine der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Kompensationsvorrichtungen 100 handeln. In den Bildabschnitten a) und b) ist je ein optisches System 300 ohne optisches Kompensationselement und in den Bildabschnitten c) und d) ist je eine Kompensationsvorrichtung 100, also das optische System 300 mit optischem Kompensationselement 110, dargestellt. 3 FIG. 1 shows a schematic comparison of a compensation device 100 according to an exemplary embodiment compared to an optical system 300 without an optical compensation element. This can be one of the compensation devices 100 described with reference to the previous figures. Image sections a) and b) each show an optical system 300 without an optical compensation element and image sections c) and d) each show a compensation device 100, ie the optical system 300 with an optical compensation element 110.

Bildabschnitt a) zeigt, dass der Bildsensor 120 des optischen Systems 300 bei 20°C im Schärfentiefebereich DOF, also im Fokus, liegt. Es entsteht ein scharfes Bild.Image section a) shows that the image sensor 120 of the optical system 300 is at 20° C. in the depth of field DOF, ie in focus. A sharp image emerges.

Bildabschnitt b) zeigt, dass der Bildsensor 120 des optischen Systems 300 bei 105°C außerhalb des Schärfentiefebereichs DOF, also nicht im Fokus, liegt. Bei Erhöhung der Temperatur wird die Bildsensorposition relativ zum DOF verschoben - beide können sich über Temperatur bewegen und tun das gewöhnlich auch. Der Bildsensor befindet sich außerhalb des Schärfentiefebereichs DOF, es entsteht ein unscharfes Bild.Image section b) shows that the image sensor 120 of the optical system 300 is at 105° C. outside the depth of field DOF, ie not in focus. As the temperature increases, the image sensor position is shifted relative to the DOF - both can and usually do move over temperature. The image sensor is outside the DOF depth of field, resulting in a blurred image.

Bildabschnitt c) zeigt, dass der Bildsensor 120 der Kompensationsvorrichtung 100 bei 20°C im Schärfentiefebereich DOF, also im Fokus, liegt. Es entsteht ein scharfes Bild.Image section c) shows that the image sensor 120 of the compensation device 100 is at 20° C. in the depth of field DOF, ie in focus. A sharp image emerges.

Bildabschnitt d) zeigt, dass der Bildsensor 120 der Kompensationsvorrichtung 100 bei 105°C im Schärfentiefebereich DOF, also im Fokus, liegt, da dieser durch das Kompensationselement 110 verschoben wurde. Bei Erhöhung der Temperatur wird die Bildsensorposition verschoben. Durch das Kompensationselement 110 wird auch der Schärfentiefebereich DOF verschoben. Der Bildsensor befindet sich immer noch innerhalb des Schärfentiefebereichs DOF und erzeugt ein scharfes Bild.Image section d) shows that the image sensor 120 of the compensation device 100 is at 105° C. in the depth of field DOF, ie in focus, since this was shifted by the compensation element 110 . When the temperature increases, the image sensor position is shifted. The depth of field DOF is also shifted by the compensation element 110 . The image sensor is still within the DOF depth of field and produces a sharp image.

Als Material für das Kompensationselement 110 eignen sich beispielsweise transparente Kunststoffe in optischer Qualität mit einem hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Es weist einen vergleichsweise hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von zumindest 50 ppm/K auf. Beim Einbringen des Kompensationselements 110 in Form einer planparallelen Platte mit 1mm Dicke in den Strahlengang des optischen Systems kann bei Erwärmung von 20° auf 105°C ein 4,05µm großer Shift und damit eine Refokussierung erzeugt werden, bei der ca. 1/3 des 20µm großen Fokusshift kompensiert wird. Die Schärfe wird dadurch deutlich verbessert.A suitable material for the compensation element 110 is, for example, transparent plastics of optical quality with a high coefficient of thermal expansion. It exhibits a comparatively high thermal expansion coefficients of at least 50 ppm/K. When introducing the compensation element 110 in the form of a plane-parallel plate with a thickness of 1 mm in the beam path of the optical system, a 4.05 μm large shift and thus a refocusing can be generated when heating from 20° to 105° C., in which approx. 1/3 of the 20µm large focus shift is compensated. This significantly improves the sharpness.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Fokusverschiebung durch ein optisches Kompensationselement, welches Brechzahl und Dicke abhängig von der Temperatur gemäß einem Ausführungsbeispiel ändert. Dabei kann es sich um das anhand von 1 oder 3 beschriebene Kompensationselement handeln. 4 shows a schematic representation of a focus shift by an optical compensation element, which changes the refractive index and thickness depending on the temperature according to an embodiment. It can be based on 1 or 3 Act compensation element described.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems. Dabei kann es sich um ein Verfahren 500 handeln, das unter Verwendung einer der anhand von 1, 3 oder 4 beschriebenen Kompensationsvorrichtungen ausführbar ist. 5 shows a flowchart of a method 500 according to an embodiment for compensating for a focus shift of an optical system. This may be a method 500 performed using any of the methods illustrated in FIG 1 , 3 or 4 described compensation devices is executable.

Das Verfahren 500 umfasst einen Schritt 505 des Bereitstellens und einen Schritt 510 des Veränderns. Im Schritt 505 des Bereitstellens werden ein optisches System mit einem Objektiv bzw. optischen Element und einem Bildsensor, die in einem gemeinsamen Strahlengang angeordnet sind, der auf einen Fokuspunkt fokussiert ist, und ein in dem Strahlengang angeordnetes optisches Kompensationselement bereitgestellt. Im Schritt 510 des Veränderns wird eine optische Wirkung des Kompensationselements ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter verändert, um den Fokuspunkt zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 510 des Veränderns ansprechend auf den zumindest einen Umgebungsparameter eine elektrische Spannung angelegt, um die optische Wirkung des Kompensationselements zu verändern, um den Fokuspunkt zu verschieben, um die Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken.The method 500 comprises a step 505 of providing and a step 510 of changing. In step 505 of providing, an optical system with a lens or optical element and an image sensor, which are arranged in a common beam path that is focused on a focus point, and an optical compensation element arranged in the beam path are provided. In step 510 of changing, an optical effect of the compensation element is changed in response to at least one environmental parameter in order to shift the focus point in order to compensate for the focus shift of the optical system. According to one exemplary embodiment, in step 510 of changing, an electrical voltage is applied in response to the at least one environmental parameter in order to change the optical effect of the compensation element in order to shift the focus point in order to compensate for the focus shift of the optical system.

Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.The method steps presented here can be repeated and carried out in a different order than the one described.

6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Kompensationsvorrichtung zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems. Dabei kann es sich um eine der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Kompensationsvorrichtungen handeln. 6 shows a flowchart of a method 600 according to an embodiment for producing a compensation device for compensating for a focus shift of an optical system. This can be one of the compensation devices described with reference to the previous figures.

Das Verfahren 600 umfasst einen Schritt 605 des Bereitstellens und einen Schritt 610 des Anordnens. Im Schritt 605 des Bereitstellens wird das optische System mit einem Objektiv bzw. optischen Element und einem Bildsensor bereitgestellt, die in einem gemeinsamen Strahlengang, der auf einen Fokuspunkt fokussiert ist, angeordnet sind. Im Schritt des Anordnens wird ein optisches Kompensationselement in den Strahlengang angeordnet, wobei das optische Kompensationselement ausgebildet ist, um ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter eine optische Wirkung zu verändern, um den Fokuspunkt zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken.The method 600 comprises a step 605 of providing and a step 610 of arranging. In step 605 of providing, the optical system is provided with a lens or optical element and an image sensor, which are arranged in a common beam path that is focused on a focal point. In the arranging step, an optical compensation element is arranged in the beam path, the optical compensation element being designed to change an optical effect in response to at least one environmental parameter, in order to shift the focus point in order to compensate for the focus shift of the optical system.

7 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems. 7 FIG. 7 shows a block diagram of a device 700 according to an embodiment for compensating for a focus shift of an optical system.

Die Vorrichtung 700 umfasst eine Einheit 705 zum Bereitstellen und eine Einheit 710 zum Verändern. In der Einheit 705 zum Bereitstellen werden ein optisches System mit einem Objektiv bzw. optischen Element und einem Bildsensor, die in einem gemeinsamen Strahlengang angeordnet sind, der auf einen Fokuspunkt fokussiert ist, und ein in dem Strahlengang angeordnetes optisches Kompensationselement bereitgestellt. In der Einheit 710 zum Verändern wird eine optische Wirkung des Kompensationselements ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter verändert, um den Fokuspunkt zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird in der Einheit 710 zum Verändern ansprechend auf den zumindest einen Umgebungsparameter eine elektrische Spannung angelegt, um die optische Wirkung des Kompensationselements zu verändern, um den Fokuspunkt zu verschieben, um die Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken.The device 700 comprises a unit 705 for providing and a unit 710 for changing. An optical system with a lens or optical element and an image sensor, which are arranged in a common beam path that is focused on a focus point, and an optical compensation element arranged in the beam path are provided in the unit 705 for providing. In the unit 710 for changing, an optical effect of the compensation element is changed in response to at least one environmental parameter in order to shift the focus point in order to compensate for the focus shift of the optical system. According to an exemplary embodiment, an electrical voltage is applied in unit 710 for changing in response to the at least one environmental parameter in order to change the optical effect of the compensation element in order to shift the focus point in order to compensate for the focus shift of the optical system.

8 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Kompensationsvorrichtung zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems. Dabei kann es sich um eine der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Kompensationsvorrichtungen handeln. 8th shows a block diagram of a device 800 according to an embodiment for producing a compensation device for compensating for a focus shift of an optical system. This can be one of the compensation devices described with reference to the previous figures.

Die Vorrichtung 800 umfasst eine Einheit 805 zum Bereitstellen und eine Einheit 810 zum Anordnen. In der Einheit 805 zum Bereitstellen wird das optische System mit einem Objektiv bzw. optischen Element und einem Bildsensor bereitgestellt, die in einem gemeinsamen Strahlengang, der auf einen Fokuspunkt fokussiert ist, angeordnet sind. In der Einheit 810 zum Anordnen wird ein optisches Kompensationselement in den Strahlengang angeordnet, wobei das optische Kompensationselement ausgebildet ist, um ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter eine optische Wirkung zu verändern, um den Fokuspunkt zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung des optischen Systems zu bewirken.The device 800 comprises a unit 805 for providing and a unit 810 for arranging. In the unit 805 for providing, the optical system is provided with a lens or optical element and an image sensor, which are arranged in a common beam path that is focused on a focal point. In the arranging unit 810, an optical com compensation element arranged in the beam path, wherein the optical compensation element is designed to change an optical effect in response to at least one environmental parameter in order to shift the focus point in order to compensate for the focus shift of the optical system.

Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.The method steps presented here can be repeated and carried out in a different order than the one described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an embodiment includes an "and/or" link between a first feature and a second feature, this should be read in such a way that the embodiment according to one embodiment includes both the first feature and the second feature and according to a further embodiment either only that having the first feature or only the second feature.

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Claims (15)

Kompensationsvorrichtung (100) zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems (300), wobei die Kompensationsvorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: das optische System (300) mit einem optischen Element (115), insbesondere einem Objektiv und einem Bildsensor (120), die in einem gemeinsamen Strahlengang (125), der auf einen Fokuspunkt (127) fokussiert ist, angeordnet sind; und ein in dem Strahlengang (125) angeordnetes optisches Kompensationselement (110), das ausgebildet ist, um ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter eine optische Wirkung zu verändern, um den Fokuspunkt (127) zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung zu bewirken.Compensation device (100) for compensating for a focus shift of an optical system (300), the compensation device (100) having the following features: the optical system (300) with an optical element (115), in particular a lens and an image sensor (120), which are arranged in a common beam path (125) which is focused on a focal point (127); and an optical compensation element (110) arranged in the beam path (125), which is designed to change an optical effect in response to at least one environmental parameter in order to shift the focal point (127) in order to compensate for the shift in focus. Kompensationsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der das Kompensationselement (110) thermisch, feuchteinduziert und/oder spannungsinduziert verformbar ist und/oder ausgebildet ist, um eine Brechzahl thermisch bedingt, feuchteinduziert und/oder spannungsinduziert zu verändern.Compensation device (100) according to claim 1 , in which the compensation element (110) is thermally, moisture-induced and/or stress-induced deformable and/or is designed to change a refractive index thermally, moisture-induced and/or stress-induced. Kompensationsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das optische Kompensationselement (110) ein Material aufweist, das ausgebildet ist, um sich in einem definierten Temperaturbereich, Feuchtebereich und/oder elektrischen Spannungsbereich mit einem vorbestimmten Ausdehnungskoeffizienten auszudehnen.Compensation device (100) according to one of the preceding claims, in which the optical compensation element (110) comprises a material which is designed to expand in a defined temperature range, humidity range and/or electrical voltage range with a predetermined coefficient of expansion. Kompensationsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der ein eine Verschiebung des Fokuspunktes (127) repräsentierender Verschiebungsparameter (Δz1) des optischen Kompensationselements (110) innerhalb eines Toleranzbereichs einem weiteren Verschiebungsparameter (Δz2) eines das optische Element (115), eines Halteelements (128) des optischen Elements (115) und/oder des Bildsensors (120) umfassenden Systems entspricht, wobei der Verschiebungsparameter (Δz2) je von einem Brechungsindex und einem Ausdehnungskoeffizienten abhängig ist.Compensation device (100) according to one of the preceding claims, in which a displacement parameter (Δz 1 ) of the optical compensation element (110) representing a displacement of the focal point (127) corresponds within a tolerance range to a further displacement parameter (Δz 2 ) of one of the optical element (115), a holding element (128) of the optical element (115) and/or the image sensor (120) corresponds to the system, the displacement parameter (Δz 2 ) depending on a refractive index and a coefficient of expansion. Kompensationsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das optische Kompensationselement (110) zumindest eine planparallele Platte aufweist und/oder als planparallele Platte ausgebildet ist.Compensation device (100) according to one of the preceding claims, in which the optical compensation element (110) has at least one plane-parallel plate and/or is designed as a plane-parallel plate. Kompensationsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das optische Kompensationselement (110) zumindest eine Linse aufweist und/oder als Linse oder als Element mit einer sphärischen, asphärischen oder Freiform ausgebildet ist.Compensation device (100) according to one of the preceding claims, in which the optical compensation element (110) has at least one lens and/or is designed as a lens or as an element with a spherical, aspherical or free form. Kompensationsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Kompensationselement (110) ein optisch transparentes Material aufweist und/oder als optisch transparentes Material ausgebildet ist.Compensation device (100) according to one of the preceding claims, in which the compensation element (110) has an optically transparent material and/or is designed as an optically transparent material. Kompensationsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Kompensationselement (110) zumindest teilweise aus Kunststoff ausgeformt ist und/oder wobei das Kompensationselement (110) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von zumindest 50 ppm/K aufweist.Compensation device (100) according to one of the preceding claims, in which the compensation element (110) is formed at least partially from plastic and/or the compensation element (110) has a thermal expansion coefficient of at least 50 ppm/K. Kompensationsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Kompensationselement (110) mit einer Antireflexbeschichtung beschichtet ist.Compensation device (100) according to one of the preceding claims, in which the compensation element (110) is coated with an anti-reflective coating. Kompensationsvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Kompensationselement (110) im unmittelbaren Kontakt mit dem Bildsensor (120) angeordnet ist.Compensation device (100) according to one of the preceding claims, in which the compensation element (110) is arranged in direct contact with the image sensor (120). Verfahren (500) zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems (300), wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen (505) eines optischen Systems (300) mit einem optischen Element (115) und einem Bildsensor (120), die in einem gemeinsamen Strahlengang (125), der auf einen Fokuspunkt (127) fokussiert ist, angeordnet sind, und eines in dem Strahlengang (125) angeordneten optischen Kompensationselements (110); und Verändern (510) einer optischen Wirkung des Kompensationselements (110) ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter, um den Fokuspunkt (127) zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung zu bewirken.Method (500) for compensating for a focus shift of an optical system (300), the method (500) comprising the following steps: Providing (505) an optical system (300) with an optical element (115) and an image sensor (120) which are arranged in a common beam path (125) which is focused on a focal point (127), and one in which Beam path (125) arranged optical compensation element (110); and Changing (510) an optical effect of the compensation element (110) in response to at least one environmental parameter in order to shift the focal point (127) in order to compensate for the shift in focus. Verfahren (600) zum Herstellen einer Kompensationsvorrichtung (100) zum Kompensieren einer Fokusverschiebung eines optischen Systems (300), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (605) des optischen Systems (300) mit einem optischen Element (115) und einem Bildsensor (120), die in einem gemeinsamen Strahlengang (125), der auf einen Fokuspunkt (127) fokussiert ist, angeordnet sind; und Anordnen (610) eines optischen Kompensationselements (110) in den Strahlengang (125), wobei das optische Kompensationselement (110) ausgebildet ist, um ansprechend auf zumindest einen Umgebungsparameter eine optische Wirkung zu verändern, um den Fokuspunkt (127) zu verschieben, um eine Kompensation der Fokusverschiebung zu bewirken.Method (600) for producing a compensation device (100) for compensating for a focus shift of an optical system (300), the method having the following steps: providing (605) the optical system (300) with an optical element (115) and an image sensor (120) which are arranged in a common beam path (125) which is focused on a focal point (127); and arranging (610) an optical compensation element (110) in the beam path (125), wherein the optical compensation element (110) is designed to change an optical effect in response to at least one environmental parameter in order to shift the focus point (127), to compensate for the focus shift. Vorrichtung, die eingerichtet ist, um die Schritte (505, 510; 605, 610) eines der Verfahren (500; 600) gemäß Anspruch 11 oder 12 in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.Device set up to carry out the steps (505, 510; 605, 610) of one of the methods (500; 600) according to claim 11 or 12 to be executed and/or controlled in appropriate units. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte (505, 510; 605, 610) eines der Verfahren (500; 600) gemäß Anspruch 11 oder 12 auszuführen und/oder anzusteuern.Computer program that is set up to carry out the steps (505, 510; 605, 610) of one of the methods (500; 600) according to claim 11 or 12 execute and/or control. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program Claim 14 is saved.
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